納米顆粒藥物可以在血液中穿梭，直達病灶，實現精準靶向給藥，在治療腫瘤等疾病上潛力巨大。但受到血流阻力和血管壁阻礙，相關研究一直面臨著藥物輸送困難的問題，現有技術尚未完全發揮納米顆粒的最大價值。

因此，如何讓更多的藥物穿過血管，并且在正確的位置聚集，是很多團隊的研究重點。

最近，麻省理工學院(MIT)的工程師們設計出了一種微型機器人，由 3D 打印而成，其大小和細胞類似，整體呈螺旋結構，表面涂有鎳鈦雙涂層，可以通過外部磁場控制。

在磁力的幫助下，它們能夠克服血流阻力，穿越血管壁，向腫瘤等病變組織輸送納米顆粒藥物，實現精準而深入的藥物輸送，效果是普通輸送方法的兩倍。研究團隊還嘗試了天然存在的趨磁細菌，也實現了類似的效果。

圖 | 微型機器人(左上)和趨磁細菌(右上)(來源：MIT)

未來，他們將嘗試輸送更大的納米顆粒，還計劃展開動物實驗，進一步探索提升藥物輸送效率的方法。

研究團隊的負責人是麻省理工學院的 Sangeeta Bhatia教授和蘇黎世聯邦理工學院助理教授(前麻省理工學院博士后)Simone Schuerle。研究成果發表于《科學進展》期刊上。

“人造鞭毛”

為了解決藥物輸送困難的問題，研究團隊將目光轉向了微型磁性機器人，探索磁場和磁力能否用來提高藥物的傳輸效率。

研究人員首先使用了高分辨率 3D 打印技術，制造出長度約為 36 微米，體積只有細胞大小的微型機器人(微米級別)，從而保證它能夠穿過血管。

他們借鑒了細菌的移動機制，將機器人的形狀確定為螺旋狀，并稱其為“人造細菌鞭毛(ABF)”——一些細菌身上長有數量不等的鞭狀螺旋形細絲，被稱為“鞭毛”，可以幫助自身移動。這種螺旋形狀可以幫助機器人更好地在血液中移動。

最后他們在機器人的表面涂上了鎳鈦雙涂層，使其具有磁性，能夠通過外部磁場控制。

圖 | 3D 打印的螺旋體，可以在磁場的控制下移動(來源：MIT)

為了測試機器人能否“掌控”周圍的納米顆粒，研究團隊開發了一種模擬腫瘤周圍血管的微流體系統(模型)。該系統中的血管通道寬度在 50 到 200 微米之間，內部覆蓋有凝膠，上面還有不規則分布的孔洞，用來模擬腫瘤附近的破裂血管。

他們使用磁鐵控制機器人的行動，使其在通道中旋轉和移動。機器人的移動方向經過特殊設計，正好與液體流動方向相反， 因此兩者形成了對流，機器人也可以保持在特定位置。隨后，對流會將大小約 200 納米的聚苯乙烯顆粒推向模型中的目標組織。

實驗結果顯示，在微型機器人的幫助下，納米顆粒滲入組織的深度是沒有幫助時的兩倍，輸送效率大幅提升。

圖 | 在體液流動中保持位置的微型機器人，其背后是納米級聚苯乙烯顆粒(來源：MIT)

這樣的藥物輸送模式有望與支架結合。靜止的支架可以成為很好的目標，適合作為磁場的瞄準對象，然后用微型機器人輸送藥物，緩解支架部位出現的發炎等癥狀。

趨磁細菌

除了微型機器人，研究團隊還嘗試了另一種辦法：利用磁場操控自然界中存在的趨磁細菌，用它們輸送藥物顆粒。他們使用的細菌名為Magnetospirillum magneticum，可以天然生成氧化鐵鏈，用來幫助自身定位和尋找合適的環境。

如果將這些細菌放入微流體模型中，再在特定方向上施加旋轉磁場，它們就會同步旋轉并沿相同方向移動，同時拉扯和帶動周圍的納米顆粒，使其滲入目標組織。

結果顯示，在趨磁細菌的幫助下，納米顆粒的滲入速度是普通狀態下的三倍。

圖 | 趨磁細菌可以帶動周圍的納米顆粒(來源：MIT)

研究人員表示，相比微型機器人，使用天然細菌輸送藥物更適用于治療腫瘤等疾病，因為病灶區域的視覺反饋信息難以獲取。

值得一提的是，實驗之中使用的納米顆粒足以攜帶大量有效藥物或成分，不僅可以針對腫瘤，還可以用于 CRISPR 基因編輯技術，具有很強的拓展性。

未來，研究團隊計劃在動物模型上展開實驗，探索兩種方法的可行性，希望有朝一日可以用來幫助治療人類的疾病。

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